TW201233483A - Method and apparatus for dividing thin film device into separate cells - Google Patents

Description

201233483 ' 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於-種利用· (scribing)以及噴墨印刷 (ink jet printing)技術以形成分開之電性單元並使其互相串 聯以製造各種薄膜裝置的製程。特別是，其描述一種用以 在太陽能面板之中形成單元以及串聯互連結構的新穎方 法，該太陽能面板具有底部電極材料、半導體材料以及頂 部電極材料之連續疊層。其特別是適用於形成於軟性基板 ⑴die subst她）之上的太陽能面板，因為該製程排除連 續疊層之間劃線對齊的相關問題。該方法亦適用於諸如照 明面板（lighting panel)及電池等其他薄膜裝置的製造。本發 明同時亦係有關於用以執行所述方法之設備。 【先前技術】 在薄膜太陽能面板之中形成以及連接單元的一般方式 包括連續疊層塗佈（coating)以及雷射刻劃製程。其通常需要 一個不同的塗佈製程以及三個不同的雷射製程以完成結 構。一般而言其係以一個六步驟程序執行此等製程，該六 步驟程序包含在每一個塗佈步驟之後執行一雷射步驟，如 下所述： a)沉積下方電極材料之一薄層於整個基板表面之上。 該基板通常係玻璃，但亦可以是一聚合物薄片。此下方層 通吊疋諸如氧化錫（Sn〇2)、氧化鋅（Zn〇)或氧化銦錫（IT。） 之透明導電氧化物。有時其係-諸如鈿（molybdenum ; Mo) 之不透光金屬。 201233483 b)雷射穿透該下方電極層以基本上5-10毫米之間隔 在面板表面上刻劃平行線條，以將連續的薄膜分隔成電性 絕緣之單元區域。 c)沉積主動電力產生層於整個基板區域之上。此疊層 可能包含一單一非晶石夕（amorphous silicon)層或一非晶石夕與 微晶石夕（micro-crystalline silicon)之雙重疊層。其亦可以採 用諸如碲化鎘和硫化鎘（CdTe/CdS)以及銅銦鎵二硒（CIGS) 等其他半導體材料之疊層。 d)雷射穿透此主動層（active layer)或複數主動層刻劃 出與位於第一電極層中之初始刻劃平行且盡可能接近之線 條而不損傷下方電極材料。 e)沉積一第三、頂部電極層，通常係一諸如鋁之金屬 或一諸如Zn〇之透明導體，於整個面板區域之上。 、f)雷射在此第三疊層之中刻劃出與其他線條盡可能接 近且與之平行之線條，以打斷頂部電極層之電力連續性。 一般而言，在每一該等步驟之間，需要在不同環境（例 如，真空或大氣環境）之間移動基板。 此種沉積而後進行雷射分隔之程序將面板分成多個 2狹長單it，並使得位於面板令的所有單元之間形成 :聯式連接。以此種方^，整個面板所產生之電磨 被I::元内所形成之電位與單元數目之乘積。面板通 位刀5G至⑽個單元，使得面板的整體輸出電壓通 ==㈣⑽伏特的範圍之中。每一單元通常係5至 、及約莫1000毫米長。此多步驟太陽能面板製造: 201233483 法中所使用製私之一完整描述可見於Jp1〇2〇9475之中。 其構想出藉由結合一些分開的疊層塗佈步驟以簡化此 製做太陽能面板的多重步驟製程之機制。此降低基板必須 從真空移到大氣環境的次數，從而可以導致改善之疊層品 質以及增加的太陽能面板效率。US6919530、US6310281和 1^2003/0213974八1均描述用以製做太陽能面板的方法該 二案中的其中二案需要在雷射刻劃執行之前塗佈疊層。下 方電極層和主動層（或複數主動層）依序沉積，而後二疊層一 起被以雷射刻劃以形成一溝槽，該溝槽隨後被填充以絕緣 材料。在US63 10281和US2003/0213974A1之中，其提出該 溝槽之填充係藉由喷墨印刷執行。溝槽填充之後，如前所 述之互連程序之進行係藉由穿透主動層之雷射刻劃、頂部 電極層之沉積以及頂部電極層之最終刻劃以隔離單元。 其亦曾提出在執行任何雷射刻劃之前塗佈全部三個疊 層之機制。WO 2007/044555 A2提出一種製做太陽能面板二 方法，其中完整的三層堆疊在單一製程動作之中被塗佈， 而後進行穿透該堆疊之雷射刻劃。此雷射刻劃製程相當複 雜’因為其包含具有二種不同深度之單一刻劃。在該刻劃 之I第一側之上，雷射穿透完整之三層堆疊，恰透抵基板 以電性分隔下方電極層而界定出單元，而在該刻劃之第二 侧T上，雷射僅穿透頂部及主動層以留下其中下方電極層 f料之一突出部分被暴露出來之一區域。其將絕緣材料^ P施加至透抵基板之刻劃之第一側，使得絕緣材料覆蓋位 於刻劃第-側上的下方電極層邊緣以及主動層邊緣。跟隨 201233483 此動作之後，導電材料被沉積至該刻晝 二 施加之絕緣材料，並將位於第— 于八间接先刖 ^ w t j上的頂部電極層連接至 位於弟一側上的下方電極材料突出部分。 描述於W〇2007/044555A2之中的製程極 :慎的控。雙層雷射刻劃製程的第二階段期間產生：碎 m儿積於相鄰之下方電極材料突出部分頂部表面之上 電性連接。其需要—高標準之控制以確保絕 緣_被置放於刻劃的第一側上的正確位置， 沉積於下方電極材料突出部分之頂部。其亦需要極：之精 確度以確保導電材料被正確地施放且未接觸到刻割的第二 二頂部：極。基於所有此等原因’此方法不太可能達 成具有南可靠度之單元連接。 因此’針對太陽能面板的新的單元形成及互連製程仍 存有需求，其冀求-種快速、簡易且可靠之方式，由完整 的三疊層堆疊開始，繼而製做出單元之互連。 70 *此-製程將同時亦適用於諸如照明面板或電池等其他 薄膜裝置的製造中之單元形成及串, 驭夂¥如式互連。如同太陽能 面板，此等裝置包含一下方電極層、一主動層以及一頂部 電極層，全部沉積於一剛性或軟性基板之上。其可以藉由 將此裝置劃分成多重單元，而後串聯式地連接此等單元， 以達成在高於基礎單一單元電壓之電壓處之運作。此處提 出的雷射及噴墨單元形成及互連設備適用於此—運作。 就照明面板而言，上方及下方電極之材料可能與太陽 能面板所使用者類似（例如，TC0或金屬），但主動式材料則 201233483 截然不同。此例中，主叙s v 士 主動層以有機㈣最為適合，但無機 材料亦有可能。主動式右德 OTPnmy 係以低分子量材料（所謂的 )或❼子置聚合物（所謂的P復剛為基礎。電洞和 電子傳輸層通常與主動發光層_。對於該等照明面板而 言，運作係位於低電壓處， . ^ 1 頁叠層均微薄，故此處所 述之互連製程適於將面杯查丨丨八# 一 肝由板剎为成早凡並將其串聯以允許位 於一尚上許多的電壓處之運作。 對於薄膜電池，此等疊層通當 且增遇㊉更加復雜。對於以鋰離 子技術為基礎之薄膜雷油夕，卢犯二一 腺4池之情形而言，下方疊層具有二個 構成要素：-用於電流收集的金屬層以及一做為陰極之鈷 酸鋰(UC003)層。上方疊層亦具有二個構成要素：一用於電 流收集的金屬層以及一做為陽極之氮化錫(Sn3N4)層。位於

該-疊層之間係主動層：—鐘磷氧氮電解質（Lip〇N electr〇i.yte)。對於此等電池而言，運作係位於低電壓處，且 所有疊層均微薄，故此處所述之互連製程適於將電池劃分 成單元並將其串聯以允許位於一高上許多的電壓處之運 作0 申凊者在一先前提出的專利申請案（尚未公開）之中提 出一種用於將薄膜太陽能面板劃分成分開之單元並電性串 耳沖此專單元的方法及设備。該設備使用一結合三道雷射光 束與二具流體噴嘴的處理頭。該處理頭上全部的五個組件 在一相钟單元之間構建出單一互連結構（interconnect structure) ’使得該處理頭在太陽能面板上通過一回即建立 單一互連結構。而後藉由在垂直互連方向的方向上逐步移 201233483 動該處理頭等於單元寬度或單元寬度之倍數的距離，並使 處理頭再次橫越面板，而形成其他互連結構。本發明提出 該先前申請案中提出之方法及設備之一改良。 【發明内容】 依據本發明之一第一特色，其提出一種用以將—薄膜 裝置劃分成分開單元的方法’該薄膜裝置具有一第一爲 層，其係一下方電極層、一第二疊層’其係一主動層、= 及一第三疊層，其係一上方電極層，所有疊層均在該裝置 上連續，該等分開單元藉由互連結構電性串聯，單元之割 分以及相鄰單元間互連結構之形成係由一處理頭執行該 處理頭被配置成能夠在一連串來回通過該裝置之中_4 下 理一個以上之互連，並在每一互連結構的形成中，執行下 列之步驟： a) 製做出穿透該第一、第二及第三疊層之一第—切割. b) 製做出穿透該第二及第三疊層之一第二切割，該第 二切割毗鄰該第一切割； c) 製做出穿透該第三疊層之一第三切割，該第三切割 毗鄰該第二切割並且隔著該第二切割位於該第一切割之相 反側； d) 使用一第一喷墨印刷頭將一非導電材料沉積入該第 —切割；以及 e) 使用一第二噴墨印刷頭施加導電材料以橋接該第一 切割中的非導電材料’並且完全或部分地填充該第二切 割，使得一電性連接形成於該第一疊層與該第三疊層之間， 10 201233483 二一中，步驟（a)在步驟（d)之前執行，步驟在步驟…） ^刖^订且步驟（b)在步驟（e)之前執行（除此之外，其餘步驟 可、疋以任何順序執行）並且，其中，在處理頭的至少—次 通過該裝置上之期間，前述步驟中的至少二步驟被 ： 各自針對不同的互連結構。 =據本發明之一第二特色，其提出一種用以將—薄膜 裝'彳:成分開單元的設備，該薄臈裝置具有一第一疊 層一其係-下方電極層、-第二疊層，其係-主動層、以 及:第三疊層，其係-上方電極層，所有疊層均在該裝置 、續該等分開單凡各自均具有一寬度w，藉由互連社 y，使得毗鄰之互連結構彼此間隔距離w，該設 備包含-處理頭’其上被提供： _昀—或多個切割器單元，用以製做出穿透該第一、第

Si三疊層之一第一切割、穿透該第二及第三疊層而眺 ' 切割之一第二切割以及穿透該第三疊層而毗鄰該 一 」且隔著该第二切割位於該第一切割相反側之一第 三切割； 第喷,墨印刷頭，用以將一非導電材料沉積入該 第一切割；以及 e) 證 一 一 墨印刷頭’用以施加導電材料以橋接該第 一切割中夕@ & 割 導電材料’並且完全或部分地填充該第二切 二’:”寻-電性連接形成於該第—疊層肖該第三疊層之 距離w - 2夕個切割器以及該第一及第二喷墨頭彼此間隔 (或者其倍數)’藉以使得該處理頭能夠-次處理-個 201233483 以上之互連結構，該設備亦包含： 句驅動裝置，用以相對於該裝置移動該處理頭；以及 e)控制裝置’用以控制該處理頭相對於該裝置之移動 並致動該一或多個切割器單元與該第一和第二喷墨印刷 頭’使得該裝置成為分開單元之劃分以及互連結構:形成 能夠在該處理頭於該裝置上的—連串來回通過之中執/。 因此，在本發明之中，三道雷射光束與處理頭上=二 具流體噴嘴被安置成使得其一次處理超過—個互連結構^ 單元通常係' 5至10毫米1 ’故雷射光束以及流體噴；係分 隔此距離或此距離之倍數。使用全部的三個雷射處理與二 個噴墨處理之一完整互連結構之形成需要處理頭通過 許多次（而非如先前申請案中的單一次通過）。僅有當全部的 三個雷射處理與二個喷墨處理均已在每一個別的互連結構 上執行過才算完成。 相較於先前之申請案，本發明之一顯著優點在於處理 頭運作時可以在任一方向游移於面板之上，而仍維持雷射 光束及流體喷嘴之簡單配置。先前之申請案提及雙向運作 之可能性，但此需要二組流體喷嘴，一组在處理頭在一方 向上行進時運作’而另一组則在相反方向上行進時運作。 本發明避去此種重複設置之需要。 經由例示實施例之說明以及本說明書後附之申請專利 範圍’本發明之較佳及選擇性特徵將更趨於明顯。 在本說明書之中，，刻劃，及，切割，二詞可交換使用。在 以下的本發明詳細說明之中，用以形成穿透各種不同疊層 12 201233483 之切割的切割器單元全部均係以雷射為 束被聚“、、以垸融及移除材料而形成隔離切割（意即，♦ 劃）。此係用以形成切割之較佳方法，但其亦可以採:其二 二：方法。用以形成切割之一選替性方法係利用細微金 屬線或X筆之機械式刻劃。此種機械式刻劃可用以+ 射刻劃或切割以形成前述之第一、第二或 ： 部或部分。 中的全 如同描述於W〇 2007/044555 A2之中的發明，本發明 包含具有完整三層堆疊之薄膜裝置的處理，但相較於 =〇7/〇44555.A2之中所述者，後續之疊層切割及噴墨處理 較不複灕且穩健許多。如同w〇2〇〇7/〇44555 A2 —般，八立 的三道塗佈程序均在任何疊層切割或藉由噴墨之^料= 之則依序㈣。理想情況下，該等塗佈可以是在單一真* 處理下施用，但此並非必要。本發明之—關鍵點在心 奴於塗層沉積之後，其使用—單一組合疊層切喳 程以製做出單元間之連接單一曰° '製 一 牧 早組合製程"應被理解為 不所：切割程序以及所有相關喷墨式材料沉積程序之執 均係藉由一處理頭在一平行於基板表面之平面中以及 I行於單元間之界線的方向上通過整體或部分太陽能面板 之一連串移動而完成。製做出—❹個單元互連所需要 2所有切割器單元以及所有嘴墨印刷頭均加裝於單一處理 丑之上’因此所有組件均—起以同—速度在面板上移動。 各種疊層切割程序和各種喷墨沉積程序施用至基板之 丨員序可以隨使用的材料改變。各種疊層切割器單元和噴墨 13 201233483 印刷頭被加裝至處理頭中之定位，使得當處理頭在—連串 通過基板之上的移動之中’達成預定之順序。 基於例示之簡化，以下將參照雷射燒融說明疊層切割 程序》然而其應注意，此等雷射切割或雷射刻劃程序中的 全部或部分均可以如前所述地由一機械式刻劃程序（或其他 切割程序）取代之。 八 為了在相鄰之第一與第二單元之間形成一單一單元互 連結構，由加裝至處理頭之三個相鄰射束發送單元所發送 的三道相鄰之雷射光束相對於基板在一平行於單元間之界 線的方向上一起移動，以在各個疊層中製做出三條平行且 相：的不同深度之刻劃線。—第一雷射光束製做出界定第 -皁兀之邊緣之一第一刻劃、線Q此第一刻劃線穿透所有疊 層向下抵達基板。-定位於第—刻劃線之第二單元側的第 二雷射光束製做出-第二刻劃線，其穿透除了下方電極層 之外的所有疊層一定位於第二刻劃線之第二單元側心 三雷射光束製做出-第三刻劃線，其穿透上方電極層。第 三刻劃線僅需要穿透第三疊層，但在實務上，#亦可以部 刀或兀王地延伸穿透第二疊層(故可能在深度上與第二刻劃 線相仿）。此第三刻劃線界定出第二單元之範圍。執行此i 個雷射程序的確切順床甘纪0日Βϊ 貝序並無關緊要，但以下會描述較佳之 順序。 弟一賀墨印刷程序跟隨於部分 後。就此第一印刷程序而+ . Μ _ , 斤而5，一第一噴墨頭在基板表面 移動’配置至少一喷。皆u f η σ 1 /ra 賀背以印刷出一填充第一雷射刻劃線 14 201233483 絕緣墨水細線。此墨水可以是熱固化類型，該種情況下其 在/儿積之後立即將熱局部地施加至沉積液體，以固化絕緣 墨水而形成填充第一刻劃線的材料之一絕緣固體線。或 者，跟隨於全部的雷射及喷墨程序之後，可以將熱施加於 f板整體以固化絕緣墨水之線條，而形成填充基板上所有 第一刻劃線的材料之絕緣固體線。此整體基板固化程序可 以在同一設備之上進行，該設備執行雷射刻劃以及墨水沉 積程序，但在實務上，該固化動作較適於在不同的設備上 執行。 該絕緣墨水亦可以是uv(紫外線）固化類型。在此情況 下，其藉由一 uv燈具或其他適當之uv光源執行固化，該 種情況下其在沉積之後立即將UV輻射局部地施加至沉積 液體’以固化絕緣墨水而形成填充第一刻劃線的材料之一 絕緣固體線。刻劃線中之絕緣層深度盡可能地微小，均句 地連續的且無細孔存纟。絕緣材料之線條寬度使得其完全 接觸位於第一刻劃線之第一單元側之上的下方二暴露疊 層，致使此等疊層受到保護而不致因後續施用於一第二喷 墨印刷程序中之材料而損傷。絕緣墨水在某種程度上溢出 第-刻劃線之兩側是被允許的，甚至可以是必要的，但理 想狀況是，側向溢出之程度應被保持於-個小於第-刻劃 線之寬度的數值。 j 第二喷墨印刷程序在部分或全部雷射程序以及第一喷 墨印刷程序之後進行。就此第二喷墨印刷程序而言，一第 二噴墨頭在基板表面上移動，配置至少—喷嘴以印刷出一 15 201233483 帶狀導電墨水’該帶狀導電墨水之寬度足以使得與位於第 一雷射刻劃線之第一單元側之上的頂部電極材料電性接 觸’以岔開第一刻劃線中的絕緣墨水材料而進入第二刻割 線以形成與第二單元之下方電極層材料之電性接觸。第— 刻劃線中的絕緣墨水在導電墨水施用時可以是固化或未固 化之狀態。若絕緣墨水係未固化之狀態，則導電累水之成 分係使得溶劑不至於明顯擾亂或溶解未固化絕緣墨水材料 者。導電墨水可以是熱固化類型，此種情況下，跟隨在所 有雷射及噴墨程序之後，將熱施加至整個基板以固化該等 帶狀導電墨水而形成材料之固體導電帶。以此種方式Y其 形成導電橋，將一單元中的頂部電極連接至下一單元中的 下方電極層。導電層之深度盡可能地微小，一致性地具備 穩健性並具有夠低的電阻。導電材料線條之寬度係使得其 完全接觸位於第一刻劃線之第一單元側上的第一單元頂部 電極材料之-區域並完全填充第二刻劃線者。導電墨水丄 某種程度上溢出第一刻劃線之第一單元側以及第二刻劃線 之第二單元側是被允許#，甚至可以是必要@，但理想狀 況是，側向溢出之程度應被保持於—個小於刻劃線寬^的 數值。 由於使用三條不同的雷射刻劃線，故其有可能針對每 一刻劃線個別地最佳化雷射程序參數以排除基板或下方疊 層損傷之機率、降低疊層之間形成電性短路之風險、並且 最小化碎片之沉積。 其有可能將個別的射束發送頭加裝至處理頭中與垂直 16 201233483 •於頭移動方向（或與其成一角产之古a 喷墨頭之位置界定出處理頭：° )相間隔的位置’使得 於基板之程序的順序。五土板之上的連串通過中施用 a m 〆、中五個程序的較佳順序係·· •第-由射刻劃程序，穿透 界定第一單元之範圍 厅有邊層下抵基板表面以 b·第一喷墨程序，沉藉 C笛-* U 積，，邑緣墨水於第—雷射刻劃之中 層 透頂部二疊層下抵下方電極 d ·弟—喷墨程序，祐* 肌 上，以形成—條從第㈣電墨水於絕緣墨水之 元側邊上的下方電極之導電:邊上的頂部電極通到第二單 e .第二雷射刻劃程庠，空、泰# * 笛一穿透頂部電極層以隔離第一盥 第一早兀’並界定第-罝伙 n flJ ^ — 之乾圍。如先前所述，此第三 刻蓋彳亦可以部分讳宕 一疊層。 戍…伸穿透第二疊層，但不應穿透第 利用此雷射與喷墨程序 持梵到保護而免於產生自較 離墨水材料之害，直到曝光 程變得極為穩健。 之順序，堆疊中的下方疊層維 早矛王序之雷射燒融碎片以及散 之前為止，而整體單元互連製 舉例而言，第一雷射程序所產生的一些碎片以及第一 P:私序所’儿積的一些絕緣墨水可能形成於基板表面上第 :雷射程序進行刻劃穿透以暴露下方電極的區域之中。若 第一雷射私序在第一喷墨印刷程序或者第一雷射程序之前 執订則任何散離碎片或絕緣墨水均可能進入第二雷射刻 s 17 201233483 =域並汗染暴露之下方電極層。將第二雷射程序保留到 巴：射與第一喷墨印刷程序之後’意味第二雷射刻劃的 ^域中之下方電極層維持受到保護，且在第二雷射程序期 間，该區域中的任何再沉積之碎片以及任何絕緣墨水在带 射燒融頂部二疊層時均被移除。 田 舉另-例而言，第二雷射程序所產生的碎片以及第二 印:程序所沉積的一些導電墨水可能形成於基板表面4 :雷射程序進行刻劃穿透以分離頂部電極層的區域之中。 右第二雷射程序在第二印刷程序或第二甚至 之前執行，則任何散離碎片或墨水均可能 刻劃區域Φ 66筮-S - 貝、乐一 W射 區域上之-電性：接疋之頂部表面之上並可能造成在刻劃 第：雷 。將第二雷射刻劃程序保留到第一盘 味此互連失效之源頭被排除。 序之後思 一些程序必須在其他程序之前執行： 行Ο第—雷射刻劃程序永遠必須在第一印刷程序之前執 3) ^ 仕弟—叩甽桎斤之前執子 )第一雷射刻劃程序永 行 疋乂 /頁在第二印刷程序之前 在此等規則之内，可 前所述者係㈣之⑽/有—些不同的料順序，但先 固化介電質墨水有二種 係藉由熱加以g|化。¥ 1 ^ •熱或UV °導f墨水通常 右-種墨水均可藉由熱加以固化，且 18 201233483 未固化之介電質墨水在施加導電墨水時不會與其相混，則 整個固化程序可以在切割及沉積步驟之後獨立進行。在此 情況下，處理頭之上不需要固化之裝置。然而，在許多情 形之中，其將需要在沉積導電墨水之前（以熱或藉由uv)固 化介電質墨水。在此情況下，處理頭之上需要固化之裝置。 若介電質墨水係uv固化類型，則其很可能需要在施用導電 墨κ之月〗將其固^[匕，因為在許多情形之中，導電墨水係不 透明的。 用x建立第一、第一及第三切割之雷射一般而言係運 作於IR至UV範圍（意即，波長從1〇8〇奈米下至34〇奈米） 的脈衝式Q型開關類型。其亦有可能採用運作於較短波長 之雷射，例如，下達250奈米者。在最簡單的情形中，其 使用單f·身十配合單一 $焦透鏡建立與單一互連結構相關 的王部二個切割。因此，在此情況下，其需要將單一射束 刀成二個成分以在基板表面上形成三個焦點（f〇cal spot)。一 互連中的切割間隔一般而言不大（在〇1至〇 2毫米的範 圍）故形成二路射束分離之一較佳方式係使用一置於單一 聚焦透鏡之前的繞射光學元件（diffractive 〇pticai ; d〇e)或多面稜鏡元#。此等裝置在雷射光束的各部分之間 引入微小的角度偏離，而在透鏡之聚焦處產生預定數值之 …占間隔。此等裝置亦允許藉由適當之裝置設計設定個別 射束中的相關功率。 一 i建立關聯單一互連結構之第一、第二及第三射束的另 較佳方法包含使用二個不同的脈衝雷射以及單一聚焦透 201233483 鏡。在此情況下’雷射可 方疊層材料的上方叠層最佳;b =波長，此就不損傷下 當使用二雷射形成單—互連::：言'通常係有利的。 使用一第一雷射形成1中μ采之時，其 二射束。一 DOE或簡單的雙. ’弟 雙&鏡（bipnsm)被用以將第一 束刀成一個成分，其方 4 ^ 兵方式與如上所述的僅使用單—雷射而 射束被分成三個成分的情形 ' 合產生自第一雷射之射，，來自弟-雷射的射束結 且使所有射束均通過單一|隹 透鏡以在基板表面上建立且古π+ 平钬焦 上堤立具有預定間隔之三個光斑。 的射束結合係利用一牯砝 予用 望」 鏡體，其利用偏極化或第一與 第一雷射之波長差里值样—土 、 -、第二及第'束而反射另一射束。對於第 —:執行於不同互連上之情形，可以針對 母一刻劃使用不同透鏡。 飼服馬達驅動羊^ 士田 十0被用以相對於處理頭移動基板。運 作之中，處理頭可以是靜止 運 貯止的而面板在二個軸上移動， L括連串在平行於單元方向的方向上的線性移動，每一 次通過基板之後均跟隨正交方向上的一個跨步。其他平台

配置亦有可能0 —較佳之配署蚀；{曰盆4c 士 A 炙配置使仔基板在一軸上移動而處 王頭在其他軸上移動。其亦可能採用一個處理頭在一靜止 基板上於二個正交軸上移動之配置方式。 經由本說明書後附之申請專利範圍，本發明之其他較 佳及選擇性特徵將更趨於明顯。 【實施方式】 圖1 ’此顯示以上提及之先前（未公開）申請案令提出之 20 201233483 基本處理頭之么 即。一太陽能面板1藉由一在其X方向上 移動之處：頭2沿其Υ方向被劃分成複數單元、。該處理頭 之放大不思圖顯示在太陽能面板上穿透薄膜層而分別刻劃 9 7及8之二道雷射光束3、4及5。喷嘴9將液態 土火10轭加入刻劃線6。此墨水需要被固化，而此固 :匕係藉由熱或UV之作用而達成。裝置n代表一區域熱源， 諸如- IR燈具、IR二極體雷射或其他IR雷射裝置，或是 代表ϋ域UV源，諸如—uv燈具、uv雷射二極體或投 2 UV轄射至面板表面的光導（iightgui岭嘴嘴施加導 土 Jc 13以橋接於絕緣墨水1〇之上，填充雷射刻劃線6 並進入雷射刻劃線7。所有雷射光束以及二喷嘴在面板上往 X方向一起移動以在單一次通過中完成一個完整的單一互 連結構。處理頭通過面板之後，面板（或處理頭）在y方向上 跨進-個單元之寬度，以處理相鄰之互連。由於直到雷射 溝槽6形成之後方能施加絕緣墨水1〇，且直到絕緣墨水已 施加並固化之後方能施加導電墨水13 ’故其很容易看出所 示之處理頭配置僅能在一個方向上作業。 圖2,此顯示藉由圖1所示之處理頭配置形式在面板表 面上形成結構之順序。基板14具有一三個疊層之堆最15 如圖2八所示佈放於其表面。簡而言之，該等疊層係^方電 極層、主動層以及上方電極。三道雷射光束3、4及5在面 板上通過而建立三條刻劃線6、7及8，如圖2B所示；1中 刻劃線6穿透所有叠層而抵達基板表面，刻劃線7僅穿透 二頂部疊層而抵達下方電極層，而刻劃線8至少穿透 21 5 201233483 電極層，但亦可以如同刻劃線7 一般穿 处τ間之疊層。圖 2C顯示第一噴墨喷嘴9如何施加絕緣墨水1〇以填充刻割線 6,而圖2D顯示導電墨水13如何由第二嘴墨噴嘴包加 以橋接於絕緣墨水之上並進人刻劃線7，從而形成―電^連 接’從刻劃線6左側的單元上的上方電極層 y , 电®層通到刻劃線6 右側的單元中的刻劃線7底部處的下方電極層。 圖3’此顯卜個可能配置，用以相對於太陽能面板移 動上述之處理頭。面板丨被支承於一處理夹具丨6之上，其 藉由被伺服馬達1 8驅動之線性平台17在 π I乃向上移動， 並藉由被伺服馬達18,驅動之線性平台 隹Χ方向上移 動。來自雷射19之射束被反射鏡2〇、2〇,導引至處理頭2， 於此被分成三個組件以建立三條刻劃線6、7及8。處理頭 2同時亦包含二喷墨噴嘴。全部的五個組件被沿著χ方向安 排於-直線21之巾，以在面板於處理頭下往χ方向移動時 處理單一單元互連結構22。對於每一單元互連，面板必須 於處理頭下往同-方向移動，使得刻劃及墨水施加之順序 正確。因此，面板在Υ方向上跨出的每一步均必須回到χ 方向上的同一起始點。 圖4，此顯示如何以上述處理頭2之一修改形式在面板 1上：單一次通過中能夠同時形成許多互連。此係藉由利用 一發出複數（在所示的實例中係五）同型雷射光束3以形成 複數同型刻劃線6之框架23而達成，其中框架23之角度 被調整成使得雷射光束3之間在Υ方向上的距離恰等於單 元間距（或者單元間距之倍數）。 ⑧ 22 201233483 框条24攜載複數同型雷射光束4以形成複數同型刻劃 線7 ’而框架25攜載複數同型雷射光束$以形成複數同型 刻劃線8。框架26攜載複數絕緣墨水配注喷嘴9，框架u 攜載複數墨水固化裝置U，轉架28攜載複數導電墨水配 注喷嘴12。 不同框架23、24、25之相對位置在γ方向上設定且 :斤有框架均以一垂直於面板表面之軸線為中心旋轉，使得 互連中之三條雷射溝槽6、7及8以及墨水串流⑺及 全部均正杨定位1此，處理财面板上通過之後， Γυ=(在此實例之中係5)完整的單元互連。基板隨後 方向跨進預定數目之單元寬度倍數，以形成其他互連。 由於處理頭上的組件配置， 板 ”應可看出，處理頭相對於面 板之移動僅可能在一個方向上作業。 ，單圖5，此顯示圖1所示處理頭之另-種修改形式，其允 連之雙向處理。此財，如圖所示需 部之喷嘴12在處理頭靜止且面板朝圖面頂 裝置=動時運作，而絕緣墨水配注喷嘴9,、墨水固化 朝圖面底部之方向移動時L僅在處理頭靜止且面板 差，因為 寺運作。此一配置複雜且效率性 付諸使用。可之時點均僅有一半的噴墨喷嘴及固化裝置 圖6 ’此顯示一依撼士饮 架29此時_韵 明一第一實施例之處理頭。框 時心载雷射頭3、4及5、二喷墨喷嘴9及12以及 23 5 201233483 一墨水固化裝置，配置於 — 7知之位置，使仵母一組件應 付一不同之互連結構。 此6個不同組件依照待執行的各個雷射及墨水填充（及 固化）紅序之順序，被以等於單元寬度之間距定位於框架Μ I上二板1在X方向上移動，使得處理頭2走過面板的 一 隹母人X方向的通過之後，無論是二者中 之任一 X方向，面板i在γ方向上（往圖面右側）均跨進一 個單元寬度。藉由此裝置，每一互連位置均由處理頭2上 之每一組件依序處理。在圖中，當處理頭在面板上於Χ方 向移動’雷射頭3針對面板上尚未接受處理之一區域，巧 劃穿透全部的三個疊層以形成互連3〇中的溝槽同時， 穿透頂部二疊層以在已由雷射頭3處理過的 互連31之中形成溝槽7,雷射頭5刻劃穿透頂部疊層以在 已由雷射頭3及4處理過的互連32之令形成溝槽8，墨水 配注喷嘴9將絕緣墨水沉積入互連33之上已由雷射頭… 成之溝槽6，墨水固化裝置11固化先前由噴嘴9沉積於互 連34中的絕緣墨水以及，最後，墨水配注喷嘴12將導電 墨水沉積於互連35之上以橋接於先前沉積的絕緣墨水之上 並進入雷射頭4先前刻劃的雷射溝槽7 ^ 以此種方式，在面板於γ方向跨進單元寬度六次之後， 即完成該互連形成擴環，並形成互連介於其間之分離單元。 圖7’在圖6所示的配置之中，由喷嘴9施加的絕緣墨 水之固化並未立即發生’而是必須等候面板在Y方向上跨 進-步。此時間延遲可能達—或數秒鐘，對於某些可能^ ⑧ 24 201233483 要快速固化以防止或限制側向擴散的墨水而言，該時間可 月t·過長。圖7顯示處理頭上之組件之一選替性配置，此係 在而要由喷嘴9施加的絕緣墨水在配注入溝槽6之後立即 固化時使用。 此例中，其需要將二固化裝置丨丨及丨1，在處理頭上定 位於毗鄰噴嘴9處。固化裝置i i在面板朝圖面頂端的X方 向移動時固化噴嘴9放下的絕緣墨水。固化裝置】i,則在面 板朝相反的X方向移動時固化喷嘴9放下的絕緣墨水。 圖8此類似圖7所示之配置，除了處理頭上的框架中 的、、且件順序不同。處理頭上的組件可能採用許多種順序.， 而對於互遠形A、r- V成程序而言，必要的程序順序條件之數目係 有限的： 刻劃溝槽6的雷射頭3必須位於絕緣墨水配注喷嘴 9之前 、 )、’邑緣墨水配注喷嘴9必須位於導電墨水配注喷嘴12 之前 “ ^溝槽7的雷射頭4必須位於導電墨水配注噴嘴 之前。 形中，固土 7之固化必須在導電墨水沉積之前完成的情 置11亦必須跟隨於絕緣墨水配注喷嘴9之德。 處理頭I- ώΑ λ '

At 的'、且件符合以上三條件的任何順序均有可

月15。在圖8所_ ^ J 跨進步叙 不的配置之中，每一互連在面板於Y方向上 , 夺土句看見如下之程序順序； 1) 雷射肢 項3穿透全部的三個疊層刻劃出溝槽6 § 25 201233483 2) 絕緣墨水藉由墨水噴嘴9被配注入溝槽6，並立即 被固化裝置11或i丨•固化 3) 雷射頭4穿透頂部二疊層刻劃出溝槽7 4) 導電墨水被墨水噴嘴丨2配注於絕緣墨水之上並進 入溝槽7 5) 雷射頭5穿透頂部疊層刻劃出溝槽8 圖9 ’若墨水配注喷嘴很大而難以將其設置於單一單元 間距之内，則可以採用一替代性配置將其設置成倍數間 距，如圖9所示。在此種配置之中，雷射頭3、4及5針對 相鄰之互連30、3丨及32,但噴嘴9、固化裝置n以及噴 嘴12則針對分隔二單元寬度之互連33、^々及 其他種組件間隔亦有可能，只要組件之間的距離係單 元寬度之倍數即可。 圖10,在一些情況下，其可能便於藉由一繞射光學元 件（DOE)產生前述之三道雷射光束3、4及5，該繞射光學元 件將單一輸入射束分成位於單一透鏡焦平面處之三個2 點。在此情況下，其適宜如圖1〇所示地將全部的三道射束 均定位於單一互連之上。在此情況下，雷射光束3、4及$ 全部均在互連30之上運作，而絕緣墨水配注噴嘴9、墨水 固化裝置11以及導電墨水配注裝置12則分別在不同的7 連32、33及34之上運作。 圖11，其亦有可能採用僅有二雷射光束運作於同— 連之上而第三雷射光束運作於不同互連之其他類似配置互 式，如圖11所示。 26 201233483 圖12,此顯示一個可能配置，用以如圖6至u所述地 相對於太陽能面板移動一處理頭。面板丨被支承於一處理 夹具16之上，其藉由被伺服馬達18驅動之線性平台17在 γ方向上移動，並藉由被伺服馬達18，驅動之線性平台17, 在X方向上移動。來自雷射19之射束被反射鏡2〇、2〇|導 引至處理帛2 ’於此被分成三個植件以冑立三么条刻劃線6、 7及8。處理頭2同時亦包含二噴墨噴嘴以及一固化裝置。 全部的六個組件被沿著γ方向安排於一直線21之中，並在 面板於處理頭下往X方向完成6次通過以及在朝圖面右侧 的Y方向上完成6個單元寬度之跨進之後，完成形成單元 互連結構22的全部流程。 圖1 3，此顯示一用以控制圖丨2中所示配置之典型方 法。支承於處理夾具16上之面板i藉由被伺服馬達18、18, 驅動之線性平台17、17，在處理頭2下移動，伺服馬達18、 18,係由主控制器單元36控制。雷射單元19亦受主控制器 36控制，配注喷嘴控制單元37和38以及固化裝置控制單 元39亦然。 【圖式簡單說明】 '本發明之說明係透過僅做為例示之實例參照所附圖式 進行，其中： 圖1顯示依據申請者之先前（未公開）申請案之設備之 部分之一放大、示意性、平面視圖； 圖2A至2D顯示藉由圖丨所示設備發送至一基板表面 之雷射和喷墨程序之一較佳順序； § 27 201233483 圖3顯示用以相對於圖丨之處理頭在二方向上移動一 基板之設備； 圖4顯示圖1所示設備之另一修改形式之放大、示意 性、平面視圖； 圖5顯示圖1所示設備之一修改形式之放大、示意性、 平面視圖； 圖6至11顯示依據本發明之設備之第一、第二、第二、 第四、第五及第六實施例之放大、示意性、平面視圖； 圖1 2顯示用以相對於一諸如圖4至11所示處理頭在 二方向上移動一基板之設備； 圖1 3顯示用以控制雷射或複數雷射、噴墨頭以及相關 運作系統之動作的設備。 基於簡易性，圖式將疊層切割程序例示為雷射燒融之 型態。然而，如前所述，此等雷射切割程序中的全部或部 分均可以由一機械式刻劃程序或其他切割程序取代之。 【主要元件符號說明】 1 太陽能面板 2 處理頭 3 雷射頭 4 雷射頭 5 雷射頭 6 刻劃溝槽 7 刻劃溝槽 8 刻劃溝槽 201233483 9 喷嘴 10 液態絕緣墨水 11 區域性熱源 12 喷嘴 13 導電墨水 14 基板 15 疊層 16 處理夾具 17、 17' 線性平台 18 ' 18' 伺服馬達 19 雷射 20 ' 20' 反射鏡 21 直線 22 互連結構 23 框架 24 框架 25 框架 26 框架 27 框架 28 框架 29 框架 30 互連結構 31 互連結構 32 互連結構 201233483 33 互連結構 34 互連結構 35 互連結構 36 主控制器 37 配注噴嘴控制單元 38 配注喷嘴控制單元 39 固化裝置控制單元 30 ⑧

Claims (1)

1. 201233483 七、申請專利範圍： 1·一種用於將薄膜裝置劃分成為分開單元的方法，节薄 膜裝置具有：一第一疊層’其係一下方電極層；—第一晶 層，其係一主動層；以及一第三疊層，其係一上方電極層， 所有疊層均在該裝置上連續，該等分開單元藉由互連結構 電性串聯’單元之劃分以及相鄰單元間互連結構之形成係 由一處理頭執行，該處理頭被配置成能夠在一連串來回通 過该裝置之中一次處理一個以上之互連，並在每—互連紝 構的形成中’執行下列之步驟： a) 製做出穿透該第一、第二及第三疊層之一第一切卹. b) 製做出穿透該第二及第三疊層之一第二切割，該第 一切割®比鄰該第一切割； c) 製做出穿透該第三疊層之一第三切割，該第三切割 毗鄰該第二切割並且隔著該第二切割位於該第一切則之。 反側； ° d) 使用一第一喷墨印刷頭將一非導電材料沉積入該第 一切割；以及 e) 使用-第二嗔墨印刷頭施加導電材料以橋接該第〜 切割…非導電材料，並且完全或部分地填充該第二切 口 使仔1：性連接形成於該第—叠層與該第三疊層之間， 驟⑷在步驟⑷之前執行，步驟⑷在步 之月心丁且步驟（b)在步驟⑷之前執行（除此之外，其餘步綠 可以疋以任何順序執行）並且， 、 r ’在该處理頭的至少〜 次通過該裝置上之期間，前 4 7磾中的至少二步驟被執 31 201233483 行，各自針對不同的互連結構。 、2·如申清專利範圍第1項所述之用於將薄膜裝置劃分 成為刀開單疋的方法，其中執行上述步驟之順序係決定自 /第及第一喷墨印刷頭之處理頭與用於在一垂直於頭移 動=向（或與其成一角度之方向）以形成該第一、第二及第三 切割之該處理頭上之組件之相對位置。 3·如申凊專利範圍第j或第2項所述之用於將薄膜裝置 劃分成為分開單开& + 的方法，其中該第一、第二及第三切割 5夕個係利用—或多個雷射光束形成。 4·如申睛專利範圍第1、篦9忐笛1 6ιί_、+· 膜裝置劃分成為分開單元 3 、 “之用於將薄 二切早兀的方法，其中該第一、第二及第 或多個係利用-或多個機械式刻劃器形成。 置劃分成11申吻專利範圍中任一項所述之用於將薄膜襞 方^ 元的方法’其中該處理頭在該裝置上往 -方向的-連串通過中執行前述步驟。 專利範圍中任-項所述之用於將薄膜袈 行，二或多個固化步驟被執 及/或該導電材料。“之後，固化該非導電材料 7:如申請專利範圍第6項所述之 成為分開單元的方法， 、將溥膜扁置劃分 藉由提#於^ ，、中該#固化步驟中的一或多個係 «阳穴供於该處理頭一 w' 過該裝置上時執行❶$夕固固化裝置在該處理頭通 8’如申請專利範圍第 及第7項所述之用於將薄膜裝置 32 201233483 劃分成為分開單元的方法，其中該等固化步驟中的一❹ 個係在該，串通過之後在不同的設備中執行。 9.如前述申請專利範圍中任一項所述之用於將薄膜裝 ^」刀成為分開單疋的方法，其中該薄膜裝置係下列中之 太陽施面板、_照明面板以及一電池。 —10.—種用於將薄膜裝置劃分成為分開單元的設備該 :膜哀置具有·一第_疊層，其係一下方電極層；一第二 疊層’其係-主動層；α及一第三疊層，其係一上方電極 層所有疊層均在該I置上連續’該等分開單元各自均具 寬又w藉由互連結構電性串聯，使得Β比鄰之互連結 構彼此間隔距離w ’該設備包含—處理頭，其上提供有： a) —或多個切割器單元，用以製做出穿透該第一、第 :及第三疊層之一第一切割、穿透該第二及第三疊層而毗 鄰該第-切割之一第二切割以及穿透該第三疊層而毗鄰該 第二切割且隔著該第二切割位於該第一切割相反側之一第 三切割； b) 一第一噴墨印刷頭，用以將一非導電材料沉積入該 第一切割；以及 e) —第二噴墨印刷頭，用以施加導電材料以橋接該第 切割中之s亥非導電材料，並且完全或部分地填充該第二 切割，使得一電性連接形成於該第一疊層與諒第三疊層之 間，該一或多個切割器以及該第一及第二喷墨頭彼此間隔 該距離W(或者其倍數），藉以使得該處理頭能夠一次處理一 個以上之互連結構，該設備亦包含：

   33 5 201233483 d) 驅動裝置，用以 、η, 相對於該衰置移動該處理頭；以， e) 控制裝置，用以控 乂及 亥處理頭相對於該裝置之弒命 並致動該一或多個切割 _ 之移動 盗早7L與該第一和第二 頭，使得該裝置成為分開單 、k印刷 能夠在該處理頭於該裝置 連、，。構之形成 連串來回通過之中勃 11. 如申請專利範圍第10 執仃。 乐0項所述之用於將薄膜梦罢查, 分成為分開單元的設備，並 膘茗置劃 /、τ Θ —或多個切割器 一用以形成該第一、第二及坌平兀包合 第一切割之單一脈衝雷射。 12. 如申請專利範圍第1〇塌 ’ 員所逃之用於將薄膜梦 分成為分開單元的設備，其中' 思 七々 忒或多個切割器單元包含 二或多種用以形成該第一、第_ . 3 乐—及/或弟三切割之脈衝雷射。 13. 如申請專利範圍第丨丨 u. X弟12項所述之用於將薄腹 歧置劃分成為分開單元的設備， 、 Π楚 ^又備包含一聚焦透鏡，用以發 ' 1—及第三雷射光束至該|置，光束之間存在角 j離’使得該第-、第二及第三雷射光束在該透鏡之聚 焦處所形成之焦點在用以形成該第 上 y取口表弟—、第二及第三切割之 該裝置表面上具有預定之空間間隔。 14.如申吻專利耗圍第丨丨或第12項所述之用於將薄膜 裝置劃分成為分開單元的設備，其包含'繞射光學元件， 用以自-脈衝雷射分離-雷射光束，u形成用以形成該第 -、第二及第三切割之第一、第二及第三雷射光束。 15·如申請專利範圍第U或第12項所述之用於將薄膜 裝置劃分成為分開單元的設備’纟包含—稜鏡光學元件， 用以自-脈衝雷射分離一雷射光束，卩形成用以形成該第 ⑧ 34 201233483 一、第二及第三切割之第一、第二及第三雷射光束。 16·如申請專利範圍第11或第12項所述之用於將薄膜 裝置劃分成為分開單元的設備，其包含一繞射光學元件， 用以自一第一脈衝雷射分離一雷射光束以形成該第一、第 二及第三雷射光束中之任二者，以及用以提供其餘之雷射 光束之一第二脈衝雷射，其被配置成使得來自該第一及第 二脈衝雷射之光束彼此結合以在用於形成該第一、第二及 第二切割之該裝置的表面上形成三個在空間上分隔之雷射 光斑。 17·如申請專利範圍第11或第12項所述之用於將薄膜 裝置劃分成為分開單元的設備，其包含一雙稜鏡形式之稜 鏡光學元件’用以自一第一脈衝雷射分離一雷射光束以形 成5亥第一、第二及第三雷射光束中之任二者，以及用以提 供其餘之雷射光束之一第二脈衝雷射，其被配置成使得來 自"玄第一及第二脈衝雷射之光束彼此結合以在用於形成該 策 _ 外 一 —、弟二及第三切割之該裝置的表面上形成三個在空間 上分隔之雷射光斑。 18.如申請專利範圍第10至第17項所述之用於將薄膜 裝置劃分成為分開單元的設備，其中該處理頭包含彼此間 隔4距離W(或者其倍數）之六個組件所構成之一直線：三個 切割益單凡、該第一及第二噴墨印刷頭以及一固化裝置。 19·如申請專利範圍第10至第17項所述之用於將薄膜 #置s彳分成為分開單元的設備，其中該處理頭包含彼此間 隔4距離W(或者其倍數）之五個組件所構成之一直線：三個 35 201233483 切割器單元和#裳 及笛 亥弟一及第二喷墨印刷頭，2同時亦包含第 一及第二固化奘 ° 3 ^ 處，其中之—位於毗鄰該第一或第二喷墨印刷頭 ,—固化裝置於該處理頭在該裝置上往一第一方 向移動期間運作，而p 弟方 上往相 $ —固化裝置則於該處理頭在該裝置 上彺相反方向移動期間運作。 2 0 ·如申請專利範園笛丨8@ 1。石 裝置劃分成為分門:弟9項所述之用於將薄膜 $早凡的设備，其中該三切割考庐詈彼屮 間隔該距離W，日兮结 J窃裝置彼此 離W之倍數。^一及第二喷墨印刷頭彼此間隔該距 請專利範圍第14或第15項所述之用於將薄膜 ::1刀成為分開單元的設備，其中該雷射光束中之其二 二其一被疋位成運作於同一互連結構之上，且該第一及第 二喷墨印刷頭盥該雷矣+ /、笛射先束分隔並彼此間隔該距離w(或者 /、借歎）。 2/·如申請專利範圍第10至第17項中任一項所述之用 於將薄膜裝置劃分成為分開單元的設備，《中該驅動裝置 匕3雙軸飼服馬達，用以在二正交方向上相對於該裝置 移動該處理頭。 23.如申請專利範圍第10至第18項中任一項所述之用 將薄膜裝置劃分成為分開單元的設備，纟中該控制裴置 被配置成使得該裝置及處理頭在該裝置上n續路徑中 於平仃於該第一及第二切割之長度的第一方向上相對於 彼此移動，且在該路徑之終點往一垂直於該第一方向之方 向跨進-等於待被形成於該裳i中之單元之寬度的距離W。 36